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无刷电机控制(一)了解六步换相法

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1、什么是六步换相

六步换相的本质是,通过绕组形成的磁场,不断吸引转子上的永磁体,使电机转起来。霍尔位置传感器把360°空间(电角度)分为了等间隔的六份,所以绕组能形成六个位置的磁场,所以被称为六步换相。

分为两种控制方式:两两导通 与 三三导通

换相的电流:

两两导通的电流存在持续的断续状态。

三三导通不存在断续状态,而是三相绕组电流方向的改变。

优缺点:

两两导通优点出力大,缺点转矩脉动大。

三三导通的优点绕组利用率高,转矩脉动小,转矩变化率平滑。同电源,转速高。缺点为霍尔不能对应,易上下导通。‌

2、转速计算

l转速:一般计量单位使用RPM,即一分钟内电机转子旋转多少圈。

机械周期:即电机旋转一圈360°,如下图中使用的是 5 极对电机,因此一次完整的机械旋转周期共需要 5 个电气周期。

电角度:磁场旋转的角度。

电周期:指电机磁场变化一个周期(通常对应360°电角度)所需的时间。对于直流无刷电机,电周期与换向次数直接相关。例如,27槽30极(极对数15)的电机,每换向一次机械角度旋转4°,需15次换向完成一圈,因此电周期由换向次数决定。

图片1.png

Ne = (60 / T ) / Np = 60 * f / Np;

Ne:转速:单位:转/分,RPM;

T:360°电周期,单位:秒,s;

f:360°电频率 f  = 1 / T,单位:赫兹,HZ;

Np:极对数。

Nm = Ne / Np;

Nm:机械转速(目视电机的转速):单位:转/分,RPM;

Ne:转速:单位:转/分,RPM;

Np:极对数。

Wm = We / Np;

Wm:机械角速度(目视电机的角速度),单位rad/s;

We:电角速度,单位rad/s;

Np:极对数。

*Wm =(2  π  Nm)/ 60  =  π Nm / 30;**

*We =(2 π  Ne )/  60  =  π  Ne / 30;**

3、六步换相过程(两两导通)

图片2.png

根据上图我们可以明显看出:

1时刻给红色绕组加正电,给绿色绕组加负电,蓝色绕组未通电,线圈中反电动势从+VBUS到-VBUS。此时产生的磁场方向合并方向为箭头1所示。

2时刻保持红色绕组电势为正,给蓝色绕组加负电,绿色绕组未通电,线圈中反电动势从-VBUS到+VBUS,同理如箭头2所示

3时刻给绿色绕组加正电,给蓝色绕组加负电,红色绕组未通电,线圈中反电动势从+VBUS到-VBUS。同理如箭头3所示

4时刻给绿色绕组加正电,给红色绕组加负电,蓝色绕组未通电,线圈中反电动势从-VBUS到+VBUS。同理如箭头4所示

5时刻给蓝色绕组加正电,给红色绕组加负电,绿色绕组未通电,线圈中反电动势从+VBUS到-VBUS。同理如箭头5所示

6时刻给蓝色绕组加正电,给绿色绕组加负电,红色绕组未通电,线圈中反电动势从-VBUS到+VBUS。同理如箭头6所示

总结:每次A、B、C三相两两导通,总共六种切换方式为一个循环,因此称之为六步换相法。

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